ANSYS软件进行有限元计算实例

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工字钢梁结构静力分析

一工字钢梁两端均为固定端，其截面尺寸为：l=1.0m，a=0.16m，b=0.2m，c=0.02m，d=0.03m。试建立该工字钢梁的三维实体模型，并在考虑重力的情况下对其进行结构静力分析。其他已知参数如下：弹性模量E=206GPa；泊松比μ=0.3；材料密度ρ=7800kg/m3；重力加速度g=9.8m/s2；作用力作用于梁的上表面沿长度方向的中线处，其大小为F y=-5000N。

1)单元类型、几何特性、材料特性定义

a）定义单元类型：Main Menu: Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete弹出对话框，单击对话框中的“Add…”按钮，又弹出一对话框，选中其中的“Solid”和“Brick 8node 45”选项，单击“OK”按钮，关闭该对话框返回至上一级对话框。单击“Close”按钮，关闭该级对话框。

b)定义材料特性：Main Menu: Preprocessor→Material Props→Material Models弹出对话框; 逐级双击右侧框中的Structural→Linear→Elastic →Isotropic，弹出下一级对话框。在“弹性模量”（EX）文本框中输入“2.06e11”；在“泊松比”（PRXY）文本框中输入“0.3”；单击“OK”按钮，关闭该对话框返回至上一级对话框。双击右侧框中的Density选项，在弹出的对话框中的“DENS”一栏中输入材料密度“7800”，单击“OK”按钮，关闭该对话框返回至上一级对话框。关闭材料特性定义对话框。

2)三维实体模型的建立

生成关键点

●Main Menu: Preprocessor→Modeling →Create →Keypoints→

In Active cs弹出对话框; 在Keypoint number 一栏中输入关键

点编号“1”，在“X，Y，Z Location inactive cs”一栏中输入

关键点1的坐标（-0.08，0，0），单击“Apply”按钮。

●同样，将2~12号关键点的坐标输入，一次生成这些关键点。

1（-0.08，0，0）、2（0.08，0，0）、3（0.08，0.02，0）、4（0.015，

0.02，0）、5（0.015，0.18，0）、6（0.08，0.18，0）、7（0.08，0.2，

0）、8（-0.08，0.2，0）、9（-0.08，0.18，0）、10（-0.015，0.18，0）、11（-0.015，0.02，0）、12（-0.08，0.02，0）

生成直线

●Main Menu: Preprocessor→Modeling →Create →Lines→

StraightLine弹出关键点选择对话框; 依次选择关键点1，2，

单击“Apply”按钮即可生成第一条直线。

●同理，分别单击2，3；3，4；4，5；5，6；6，7；7，8；8，

9；9，10；10，11；11，12；12，1生成11条直线。

生成平面

●Main Menu: Preprocessor→Modeling →Create →Areas→

Arbitrary →By Lines弹出直线选择对话框; 依次点选1~12直

线，单击“OK”按钮，关闭对话框即可生成工字钢的横截面。生成三维实体

●Main Menu: Preprocessor→Modeling →Operate →Extrude→

Areas →Along Normal弹出平面选择对话框；点选上一步生成

的平面，单击“OK”按钮。

●在之后弹出的对话框“DIST”一栏中输入“1”，单击“OK”

按钮关闭对话框，即可生成工字钢梁的三维实体模型。

3)网格的划分

●设定单元大小Main Menu: Preprocessor→Meshing →Mesh

Tool，在弹出的对话框的“Size Controls”标签中的“Global”一栏单击“Set”按钮，弹出“网格尺寸设置”对话框，在“Size”

一栏中输入“0.02”，单击“OK”按钮关闭对话框。

●网格的划分在Mesh Tool对话框中，选中单选框“Hex/Wedge”

和“Sweep”，然后单击“Sweep”按钮，弹出实体选择对话框，单击选中工字梁实体，单击“OK”按钮即可完成网格划分。

4)施加载荷

●施加位移约束Main Menu: Preprocessor→Loads →Define

Loads →Apply →Structural →Displacement →On Areas 弹出面选择对话框，单击工字钢梁的左端面，单击“OK”按钮，弹出“Apply U，ROT on Areas”对话框，选择右上列表框中的“All DOF”，并单击“OK”按钮，即完成了对左端面的位移约束（相当于梁的固定端）。同理对梁的右端面施加固定端约束。

●选择施力节点选择应用菜单中的: “Select→Entities…”在弹

出对话框的第一个列表框中选择“Nodes”选项，第二个列表框中选择“By Location”选项，选中“Z coordinates”单选框，并在“Min，Max”参数的文本框中输入“0.5”（选择中间截面上的所有节点），单击“Apply”按钮完成选择。单击“Plot”按钮显示这些节点。

选中“Y coordinates”单选框，并在“Min，Max”参数的文本框中输入“0.2”，选中“Reselect”单选框（在现有活动节点中再选择Y坐标等于0.2的所有节点为活动节点），单击“Apply”按钮完成选择，再单击“Plot”按钮显示这些节点。这些节点即为施力节点。

●施加分布力载荷F y Main Menu: Preprocessor→Loads →Define

Loads →Apply →Structural →Force/Moment →On Nodes 弹出